胰腺瘺的臨床困境

胰腺瘺（PF）是胰腺術后常見并發癥，發病率在胰十二指腸切除術后達5-20%，遠端胰腺切除術后高達60%。其病理表現為胰管破裂導致胰液滲漏，引發電解質紊亂、感染、出血等嚴重問題，死亡率超過40%。現有治療手段存在顯著局限：藥物療法（如奧曲肽）有效率僅40%且副作用明顯；手術干預因胰腺組織脆弱易導致二次損傷；而商用蛋白基物理屏障（如TachoSil和Tisseel）降解過快（僅2小時）、缺乏自粘性，無法長期封閉瘺口，預防成功率不足34%。開發兼具長效屏障功能、組織適配性及生物活性的材料迫在眉睫。

酶抗性水凝膠的全周期管理

西北大學范代娣教授、馬曉軒教授合作團隊開發了一種光激活瞬態單側粘附重組膠原基水凝膠（CGO@Pg-Cu(II)。該材料以糖基化甲基丙烯酸酯重組膠原（CF-1552）和氧化普魯蘭多糖（OP）為骨架，負載青霉素G-Cu(II)無限配位聚合物納米藥物（Pg-Cu(II) ICPs），通過動態亞胺鍵交聯實現可注射自流平，并利用光激活C-C共價鍵實現瞬態單側組織粘附。體外與動物實驗表明，其可提供超過7天的長效物理屏障，同時具備抗菌、快速止血、抗炎、誘導可逆纖維化及促進胰腺修復的功能。術后7天抗瘺效率達100%，為臨床預防術后胰腺瘺提供全新策略。

示意圖1 a) CGO@Pg-Cu(II)納米復合水凝膠合成示意圖 b) 基于CGO@Pg-Cu(II)納米復合水凝膠的術后胰腺損傷全周期管理策略

技術突破：從材料設計到功能驗證

1. 智能藥物遞送與緩釋性能

Pg-Cu(II) ICPs納米顆粒（粒徑≈7.11 nm）通過pH響應性配位鍵實現精準藥物控釋：在堿性胰瘺環境（pH 8.4）中穩定緩釋，而在酸性溶酶體環境（pH 5.0）中快速解離釋放青霉素G（Pg）。水凝膠的雙網絡結構（動態亞胺鍵+光固化C-C鍵）進一步延緩藥物釋放，48小時內累計釋放率僅3.5%，確保藥物在纖維化誘導關鍵期（第3天）高效釋放。細胞實驗證實，納米化使Pg的細胞攝取率提升43.7倍，并成功靶向胰腺星狀細胞（PSCs）。

圖1.CGO@Pg-Cu(II)水凝膠表征（總固含量13.5%，CF-GMA:OP質量比=2:1，Pg-Cu(II) ICPs載藥量0.35%） a) 水凝膠凝膠化過程 b) Pg-Cu(II) ICPs的TEM表征 c) Pg-Cu(II) ICPs粒徑分布 d) CF與CF-GMA的1H-NMR譜圖 e) 水凝膠及其組分的FT-IR光譜 f) Pg-Cu(II) ICPs的XPS全譜 g) 游離Pg與Pg-Cu(II) ICPs在不同pH下的藥物釋放曲線 h) CGO@Pg與CGO@Pg-Cu(II)在胰蛋白酶溶液（0.5% w/v, pH=8.4）中的藥物釋放 i) 不同配比水凝膠的孔徑分析 j) 不同配比水凝膠的SEM表征（比例尺：30 μm）

2. 瘺口自適應與長效屏障

水凝膠前體（Pre-CGO@Pg-Cu(II)）通過剪切稀化特性實現注射成型，10分鐘內可填充不規則瘺口并自流平（圖2d-e）。其自愈效率在3分鐘內達72.6%（圖2g），適應腹腔動態環境。在模擬胰液（0.5%胰蛋白酶，pH 8.4）中，水凝膠降解7天后仍保留52.3%質量（圖2i），遠優于商用Tisseel（2小時完全降解）。低溶脹率（<160%）減少了對柔軟胰腺組織的擠壓損傷（圖2k）。

圖2 CGO@Pg-Cu(II)水凝膠的胰瘺傷口適應性與緩釋特性 a) 光照交聯前后水凝膠的儲能模量（G'）與損耗模量（G''） b) 應變振幅掃描下的流變特性 c) 交替應變掃描下的自愈合性能 d) 水凝膠可注射與重塑形能力 e) 水凝膠自流平特性 f) 宏觀/微觀自愈合過程（紅色：羅丹明B染色；橙色：甲基橙染色） g) 自愈合效率隨時間變化 h) PBS與胰酶溶液中水凝膠的形態變化（0.5% w/v胰蛋白酶, pH=8.4） i) PBS與胰酶溶液中的降解曲線 j) 胰酶孵育后水凝膠的SEM圖像 k) 37°C PBS中的溶脹率（比例尺：100 μm；數據：均值±SD, n=3）

3. 光控單側粘附機制

水凝膠通過光激活自由基反應與組織固有分子（如半胱氨酸、不飽和脂肪酸酯）共價交聯，實現瞬態單側粘附（粘附強度36.8 kPa，為Tisseel的23倍）（圖3d-e）。細胞實驗顯示：光照前水凝膠促進細胞粘附，光照后表面轉為抗粘附（圖3a-c）。掃描電鏡證實其與胰腺組織形成12-30 μm厚粘附層（圖3g），而預先光照的對照組無此現象（圖3h），有效避免腹腔粘連。

圖3 CGO@Pg-Cu(II)水凝膠的單側粘附特性 a) L929細胞在不同水凝膠表面的粘附顯微圖（比例尺：200 μm） b) 水凝膠與大鼠胰腺的粘附展示 c) L929細胞粘附定量分析 d) 不同配比水凝膠與Tisseel的粘附強度 e) 粘附強度定量分析 f) 水凝膠與大鼠各器官的粘附能力 g) 光照前自流平水凝膠的粘附界面（比例尺：100 μm） h) 光照后預制水凝膠的粘附界面 i) 光控單側粘附機制示意圖（數據：均值±SD, n=3）

4. 協同抗菌與快速止血

Pg-Cu(II) ICPs通過破壞細菌細胞膜與逃避外排泵作用，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌殺滅率超97%（圖4a-c）。在胰腺和肝臟出血模型中，水凝膠60秒內形成混合血栓，失血量減少67-77%（圖4e-g）。其止血機制源于膠原促血小板聚集、快速凝膠化捕獲血細胞及強粘附封閉創面。

圖4 抗菌與止血性能 a) 體外抗菌實驗結果（大腸桿菌/金黃色葡萄球菌菌落圖） b) 體外抗大腸桿菌活性 c) 體外抗金黃色葡萄球菌活性 d) 水凝膠促凝血效應 e) 急性胰腺炎止血表現 f) 急性肝損傷止血表現 g) 出血量定量分析（數據：均值±SD, n=6；比例尺：1 μm） （注：菌落對照圖來自同批次實驗）

5. 促進修復與可逆纖維化

水凝膠顯著加速胰腺星狀細胞（PSCs）遷移（速率達0.076 mm2/h）（圖5g-j），并通過激活TGF-β、Wnt/β-catenin通路誘導可逆纖維化：第3天PSCs活化率92.6%，第5-7天恢復靜息狀態（圖6a-b）。蛋白質組學分析揭示其上調227個差異蛋白，調控基因表達、信號傳導及膠原沉積，促進胰管結構強化（圖6c-f）。

圖5 生物相容性與細胞修復能力 a) L929細胞活/死染色 b) 水凝膠溶血實驗 c) L929細胞活性（不同時間點） d) 胰腺星狀細胞（PSCs）活性 e) L929細胞劃痕實驗 f) L929細胞遷移定量 g) PSCs劃痕實驗 h) PSCs遷移定量 i) 不同處理后的傷口閉合面積（數據：均值±SD, n=3；比例尺：200 μm）

圖6 促纖維化效應 a) 水凝膠對PSCs的激活作用（比例尺：200 μm） b) PSCs激活率定量 c) 差異表達基因火山圖（vs 對照組） d) 差異基因表達熱圖 e) PSCs激活通路變化氣泡圖 f) 纖維化響應GSEA分析

動物實驗：全周期管理胰腺瘺

在大鼠胰腺瘺模型中，CGO@Pg-Cu(II)水凝膠展現出全周期保護效能（圖7a）。術后1小時，熒光胰酶染色顯示其胰液滲漏面積最小（圖7b,e），有效封堵瘺口；第3天時，Masson染色證實水凝膠組胰腺纖維化面積達對照組12倍（圖7d,f），強化了胰管結構。超聲監測顯示，水凝膠組術后第1天腹腔積液面積僅2.87 mm2（為模型組的1/5），且第4-6天完全吸收（圖8a-b）；同時，其周圍組織皂化面積減少96%（圖8c-d），腹腔粘連評分降低83%（圖8e-f），顯著優于商業材料。炎癥因子分析進一步揭示其調控機制：血清與腹水中胰淀粉酶/脂肪酶水平分別降至模型組的4-25%（圖9b-e），且TNF-α、IL-6等8種關鍵炎癥因子在纖維化高峰期（第5天）全面下調（圖9f-m, 10a）。RNA測序顯示脾組織中306個差異基因顯著富集于細胞增殖與組織修復通路（圖10b-f）。最終，水凝膠組實現零死亡率，生存率較商業組提高25%，術后第7天胰瘺預防率達100%（圖8g-i）。這一協同效應歸因于長效屏障阻斷胰酶泄漏、光控粘附避免二次損傷，以及可逆纖維化減少胰液分泌，徹底打破"炎癥-瘺口"惡性循環（圖9a）。

圖7 胰瘺模型與治療效果 a) 大鼠胰瘺模型構建流程 b) 胰蛋白酶熒光成像評估瘺口（比例尺：1 cm） c) 組織損傷與H&E染色結果（箭頭標注病變區域） d) 胰腺Masson染色 e) 胰液滲漏面積定量 f) 胰腺纖維化面積定量 g) 胰腺炎評分（數據：均值±SD, n=24；比例尺：200 μm）

圖8 胰瘺防治效果 a) 腹水超聲成像 b) 腹水面積定量 c) 腹腔組織皂化現象 d) 皂化面積定量 e) 腹腔粘連現象 f) 粘連評分 g) 胰腺重量分析 h) 大鼠體重變化 i) 生存率分析

圖9 抗胰瘺機制分析 a) 作用機制示意圖 b-e) 腹水/血清淀粉酶與脂肪酶水平 f-m) 血清炎癥因子動態變化（TNF-α, IL-6, IL-8, IL-33, sST2, CRP, HMGB1, MPO）

圖10 高效修復機制驗證 a) 炎癥因子水平Z-Score分析 b) 差異表達基因火山圖（vs 對照組） c) 差異基因熱圖 d) 關鍵通路變化氣泡圖 e) 組織修復GSEA分析 f) 單樣本GSEA通路評分

臨床展望：顛覆性治療范式的誕生

CGO@Pg-Cu(II)水凝膠首次整合了酶抗性屏障（>7天）、光控單側粘附（36.8 kPa）、可逆纖維化誘導及多效生物活性，攻克了現有材料降解過快、缺乏靶向粘附和術后感染風險高的難題。其7天100%的抗瘺效率為臨床提供了變革性解決方案，標志著胰腺術后管理進入"全周期精準干預"時代。該研究為下一代抗瘺材料設計樹立了新范式，有望大幅提升患者生存質量。

來源：高分子科學前沿

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